大型球阀阀座支撑的数控精车加工
大型全焊接球阀是一种中腔密封性好、耐高压、流体阻力小的阀门,主要用于切断、分配和改变介质流向,被广泛应用于各个领域(尤其是天然气长途输送管线)。阀座支撑是大型球阀的核心部件,其加工精度直接影响阀门的密封性能与阀体和球体的装配性能,由于其直径大、壁薄、刚性差、强度低,因此在加工中易变形,不易保证加工精度。
1 零件结构分析
可知,阀座支撑属于阶梯状大直径薄壁类零件。从零件结构上看,它由内外圆柱面、外倒角及内锥面组成,比较适合数控车削加工。从尺寸精度上看,该零件加工精度要求较高,且内锥面粗糙度要求达到Ra1.6。为了达到加工要求,需要仔细对刀和严格确定切削用量,以达到最佳切削效果。
2 加工机床及夹具的选取
该零件直径大且壁薄,加工时易变形(包括由夹紧力、切削力、切削热引起的塑性变形和弹性变形)。我们选用上海重型机床厂生产的CK61150数控车床对阀座支撑进行精车加工。该机床采用810D数控系统,加工精度高,且适合高速切削。为了最大限度地消除工件的夹紧变形,在机床卡盘上安装包容式软爪(弹性夹具),该夹具不仅能消除夹紧变形,而且重复安装定位精度高,有利于保证工件的加工精度。
3 刀具的选择
根据阀座支撑零件的结构特点,选用外圆精车刀片、4mm切槽成型刀片和内孔镗刀片对其进行加工。由于零件直径大且壁薄,因此在选择刀具时,首先应考虑如何降低切削力和刀片与零件的摩擦力。刀具的前角、后角和主偏角越大,加工时的切削力和摩擦力就越小,消振散热性也越好,但前角和后角过大,会削弱刀具强度,加快刀具磨损。为了满足工件的表面粗糙度要求,应选用带修光刃的精车刀片。经过反复试车和对比切削试验,选择山特维克可乐满公司生产的机夹可转位刀片。
加工外圆时,采用了矩形刀杆,为了避免切削时产生振动,刀杆悬伸长度不宜过长(伸出1/3为宜);车削内孔时,选用了圆形刀杆,因为圆形刀杆的横截面积大于矩形刀杆,刚度较高。为了进一步减小变形,提高加工精度,选用了带冷却内孔的刀杆,利用切削液降低加工过程中的切削温度。
由于工件直径较大,选用双刃刀片,两端对称分布的两个切削刃可同时参与切削,每转进给量比单刃刀片提高一倍左右,在提高加工效率的同时,还可以减小刀具对工件施加的径向力,以减小工件变形,进一步保证零件加工质量。
4 刀尖圆弧半径补偿
对于数控车削加工而言,车刀刀尖通常是一段半径很小的圆弧,而理论刀尖点并不是切削刃圆弧上的一点(见图2),阀座支撑零件外圆有倒角,内腔有锥面,因此在车削倒角和锥面时,可能会造成欠切或过切现象。因此,在编辑加工程序指令时,必须对刀尖圆弧半径进行补偿,以获得正确的零件尺寸。
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